發(fā)展背壓機(jī)供熱替代分散鍋爐

王新雷，周 云，徐 彤，張 鋒

(1．國(guó)網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京 102209;

2．哈爾濱工業(yè)大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001)

0 前言

目前，我國(guó)北方采暖地區(qū)中小規(guī)模城市供熱現(xiàn)狀中，仍有大量分散鍋爐(按建設(shè)部規(guī)定:指單臺(tái)容量在7 MW 及以下鍋爐)運(yùn)行［1］，分散鍋爐不僅能耗高、污染重，而且供熱質(zhì)量差。隨著我國(guó)計(jì)劃到2020 年碳排放強(qiáng)度降低40% －45%目標(biāo)的確定，以及大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃的實(shí)施，為滿足節(jié)能減排的需求，淘汰現(xiàn)有分散鍋爐已成為必然選擇［2－3］。

北方采暖地區(qū)中小規(guī)模城市具有采暖期相對(duì)較長(zhǎng)，熱負(fù)荷規(guī)模相對(duì)較小但較穩(wěn)定的特點(diǎn)［4］，建設(shè)背壓機(jī)供熱替代分散鍋爐，在一定條件下可以充分發(fā)揮背壓機(jī)供熱煤耗低，綜合熱效率高的優(yōu)勢(shì)，并能夠較好改善區(qū)域供熱質(zhì)量，是相對(duì)較好的措施［5－6］。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于背壓機(jī)的研究主要涉及機(jī)組本身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)行控制及熱力計(jì)算等，對(duì)于特定區(qū)域、不同供熱負(fù)荷特點(diǎn)下建設(shè)背壓機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，以及我國(guó)發(fā)展背壓機(jī)的相關(guān)政策建議尚未有系統(tǒng)性、成熟的研究成果。

針對(duì)目前實(shí)施背壓機(jī)供熱替代分散鍋爐在技術(shù)和政策上還存在較多問(wèn)題的情況，本研究通過(guò)對(duì)天津、江蘇、黑龍江等典型地區(qū)分散供熱鍋爐運(yùn)行狀況以及背壓機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益情況的調(diào)研，結(jié)合理論研究，為未來(lái)試點(diǎn)先行，因地制宜建設(shè)背壓機(jī)替代分散鍋爐，以進(jìn)一步促進(jìn)節(jié)能減排和火電行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 分散鍋爐運(yùn)行及北方采暖地區(qū)供熱現(xiàn)狀

1．1 分散鍋爐運(yùn)行特點(diǎn)及存在問(wèn)題

近年來(lái)隨著我國(guó)用熱/汽量水平的快速增長(zhǎng)，工業(yè)鍋爐數(shù)量也增長(zhǎng)較快。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，目前我國(guó)共有工業(yè)鍋爐約54 萬(wàn)臺(tái)，以燃煤鍋爐為主，其中2 ～10 t/h 容量的鍋爐約占70%，鍋爐平均容量不到3 t/h。工業(yè)鍋爐中，蒸汽鍋爐總?cè)萘?87 萬(wàn)t/h，熱水鍋爐總?cè)萘?7 萬(wàn)t/h。鍋爐運(yùn)行呈現(xiàn)負(fù)荷率低、效率低、污染物排放量大等特點(diǎn)。

對(duì)天津、江蘇、黑龍江分散供熱鍋爐調(diào)研表明，大部分鍋爐單臺(tái)容量在10 t/h 及以下;同時(shí)，根據(jù)業(yè)主提供數(shù)據(jù)，鍋爐燃燒1 t 煤產(chǎn)蒸汽5 t，運(yùn)行效率僅達(dá)到55%，供熱煤耗高達(dá)60 kg/GJ。鍋爐運(yùn)行效率低主要表現(xiàn)為無(wú)專職的動(dòng)力操作人員，造成鍋爐運(yùn)行參數(shù)，主要為空氣過(guò)量系數(shù)等控制不當(dāng)，燃燒損失嚴(yán)重;鍋爐配套輔機(jī)容量選擇過(guò)大、設(shè)備不完全出力運(yùn)行效率較低;鍋爐燃用煤種品質(zhì)差，燃燒效率遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值。

就全國(guó)而言，雖然供熱/汽需求量增長(zhǎng)帶動(dòng)了鍋爐制造企業(yè)的發(fā)展，但目前全國(guó)取得A 級(jí)工業(yè)鍋爐制造證企業(yè)僅70 多家，大部分鍋爐設(shè)計(jì)制造水平得不到保證，也是造成目前鍋爐運(yùn)行技術(shù)差、能耗高原因之一。

按照調(diào)研的煤耗水平，對(duì)于全國(guó)全部供采暖的熱水鍋爐而言，假設(shè)50%熱水鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行，耗標(biāo)煤量0．3 ×104t/h，排放二氧化硫72 t/h，將對(duì)環(huán)境造成較大影響。

在污染物排放控制方面，調(diào)研的上述三省/市目前僅有一家企業(yè)進(jìn)行了濕法脫硫系統(tǒng)及其配套設(shè)備改造，改造費(fèi)用為60 萬(wàn)元，其余企業(yè)鍋爐全部采用水膜除塵、脫硫一體化裝置，脫硫效果較差，基本上單位容量鍋爐年需交納排污費(fèi)2 ～3 萬(wàn)元(受鍋爐具體運(yùn)行狀況影響)，給企業(yè)帶來(lái)了較大經(jīng)濟(jì)壓力。

1．2 北方采暖地區(qū)供熱現(xiàn)狀

以采暖期最長(zhǎng)的東北三省為例，2012 年供熱現(xiàn)狀如表1 所示。

表1 東北三省供熱現(xiàn)狀

從表中可以看出，三省份分散供熱比例仍較高，分散鍋爐臺(tái)數(shù)達(dá)到8 萬(wàn)多臺(tái)，按單臺(tái)容量3 t/h 計(jì)，總?cè)萘砍^(guò)20 萬(wàn)t/h。同時(shí)，從整個(gè)北方采暖地區(qū)看，集中供熱比例平均水平為41%，分散供熱面積和分散鍋爐總?cè)萘枯^高，其中，青海、河南、陜西三省集中供熱普及率在20%以下，分散供熱比例相對(duì)較大。如何減少分散鍋爐運(yùn)行容量，以改善區(qū)域供熱質(zhì)量和環(huán)境質(zhì)量是迫切需要解決的一個(gè)問(wèn)題。

2 背壓機(jī)供熱運(yùn)行技術(shù)性分析

通常認(rèn)為背壓機(jī)供熱具有煤耗低的優(yōu)勢(shì)，但其供熱節(jié)能是有條件的［7－8］，對(duì)熱負(fù)荷穩(wěn)定性和運(yùn)行負(fù)荷率要求較高，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷率降到額定負(fù)荷一半以下時(shí)，機(jī)組效率和熱經(jīng)濟(jì)性大幅度下降。對(duì)于特定區(qū)域供熱系統(tǒng)，熱負(fù)荷持續(xù)曲線內(nèi)，熱負(fù)荷隨著時(shí)間持續(xù)變化，機(jī)組不可能始終處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。

本文通過(guò)理論研究，給出背壓機(jī)在不同負(fù)荷率下的煤耗特性，并結(jié)合具體實(shí)例，提出有利于實(shí)施背壓機(jī)供熱的技術(shù)條件。

理論研究采用我單位開(kāi)發(fā)的背壓機(jī)變工況熱力計(jì)算模型［9－10］，模型主要計(jì)算過(guò)程為首先進(jìn)行背壓機(jī)變工況特性方程的擬合，并建立熱負(fù)荷計(jì)算的數(shù)學(xué)方程;其次，聯(lián)立求解變工況特性方程和熱負(fù)荷計(jì)算數(shù)學(xué)方程，確定采暖期內(nèi)各時(shí)刻機(jī)組發(fā)電量、進(jìn)汽量及排汽量(供熱量);最后，通過(guò)積分方式求解機(jī)組運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的總發(fā)電量、總進(jìn)汽量及總排汽量，并按照熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的計(jì)算規(guī)定，求解機(jī)組綜合發(fā)電煤耗和供熱煤耗。

擬合的背壓機(jī)變工況特性方程型式為

式中

N、Dp、D0——分別為機(jī)組發(fā)電功率、排汽量、進(jìn)汽量;

α、γ、φ、λ——分別為常數(shù)項(xiàng)系數(shù)。

表2 計(jì)算了B12 －4．9/0．294 型背壓機(jī)在不同負(fù)荷率下，機(jī)組運(yùn)行的標(biāo)煤耗情況(鍋爐效率取0.82)。

表2 不同負(fù)荷率下機(jī)組發(fā)電煤耗

同時(shí)，以某10 萬(wàn)人口規(guī)模城市為例，研究背壓機(jī)供熱合理技術(shù)方案，其采暖室外計(jì)算溫度－9.9℃、采暖室外平均溫度－1．1℃、采暖期天數(shù)127 天、最大熱負(fù)荷504 GJ/h。經(jīng)比較分析，選擇如圖1 所示的2 臺(tái)B12 －4．9 －0．294 機(jī)配調(diào)峰鍋爐供熱模式。

圖1 某地區(qū)背壓機(jī)供熱運(yùn)行圖

從圖中可以看出，供熱熱化系數(shù)0．8，2 臺(tái)背壓機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間713．8 h，每臺(tái)背壓機(jī)運(yùn)行最低負(fù)荷率60%，能保證相對(duì)較好的熱經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)計(jì)算，采暖期內(nèi)機(jī)組運(yùn)行綜合標(biāo)煤耗率186 g/kW·h。

對(duì)于其他地區(qū)、不同規(guī)模城市，雖然采暖期熱負(fù)荷曲線形式與所給案例不同，但通過(guò)選擇合理的熱化系數(shù)和合理的機(jī)組單機(jī)容量和臺(tái)數(shù)，能確保機(jī)組運(yùn)行最低負(fù)荷保持在較高水平，保證機(jī)組運(yùn)行低煤耗特性。

3 背壓機(jī)供熱運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析

盡管北方采暖地區(qū)中小規(guī)模城市采用背壓機(jī)供熱技術(shù)上是可行的，并且具有煤耗水平優(yōu)勢(shì)，但由于機(jī)組僅在采暖季運(yùn)行，與建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本相比，機(jī)組發(fā)電、供熱產(chǎn)生的收益相對(duì)不足，使得企業(yè)經(jīng)常處于保本微利，甚至虧損的經(jīng)營(yíng)環(huán)境。

本研究通過(guò)實(shí)地調(diào)研，分析并總結(jié)目前背壓機(jī)供熱運(yùn)營(yíng)存在的問(wèn)題，為提出相關(guān)政策建議保障背壓機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益提供支撐。調(diào)研電廠具體情況如下。

3．1 電廠裝機(jī)及運(yùn)行情況

該電廠所在地區(qū)采暖期7 個(gè)月，采暖建筑面積674 ×104m2，裝機(jī)規(guī)模2 ×C12 +3 ×B15 +1 ×B25，其中2 臺(tái)C12 機(jī)組已改為低真空供熱運(yùn)行，由于B25 機(jī)尚未得到最終核準(zhǔn)，目前采用臨時(shí)上網(wǎng)方式運(yùn)行。

電廠運(yùn)行方式為:隨著供熱負(fù)荷增長(zhǎng)，按2 ×C12、3 ×B15、1 ×B25 機(jī)組順序依次滿負(fù)荷投入運(yùn)行;在采暖后期，按相反順序依次停運(yùn)機(jī)組?？傮w上機(jī)組全部投運(yùn)運(yùn)行時(shí)間占采暖期長(zhǎng)的34%，投運(yùn)70%機(jī)組運(yùn)行時(shí)間占采暖期長(zhǎng)的16%，投運(yùn)60%機(jī)組運(yùn)行時(shí)間占采暖期長(zhǎng)的34%。

3．2 電廠運(yùn)行效益情況

電廠燃用原煤價(jià)格(含運(yùn)費(fèi))179 元/t;綜合熱價(jià)32 元/m2(不含稅);B25 機(jī)執(zhí)行0．304 元/kW·h(不含稅)臨時(shí)上網(wǎng)電價(jià)，其余5 臺(tái)機(jī)組執(zhí)行當(dāng)?shù)孛摿驑?biāo)桿電價(jià)0．337 元/kW·h(不含稅)。

對(duì)各機(jī)組供熱收入－成本，發(fā)電收入－成本分別進(jìn)行財(cái)務(wù)分析，其中每臺(tái)機(jī)組供熱和發(fā)電成本按熱電比分?jǐn)?。分析結(jié)果如下。

3 臺(tái)B15 和1 臺(tái)B25 機(jī)組均處于發(fā)電盈利，供熱虧損狀態(tài)，但B15 機(jī)組發(fā)電盈利能夠彌補(bǔ)供熱虧損，使得機(jī)組總體處于盈利狀態(tài)。而B25 機(jī)組由于執(zhí)行臨時(shí)上網(wǎng)電價(jià)，發(fā)電收益不能彌補(bǔ)供熱虧損，總體處于虧損狀態(tài)。

機(jī)組運(yùn)營(yíng)能夠取得相對(duì)較好的經(jīng)濟(jì)效益，一方面，是由于電廠燃用當(dāng)?shù)孛?，運(yùn)營(yíng)燃料成本相對(duì)較低，另一方面，由于采暖期長(zhǎng)，機(jī)組運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，有利于機(jī)組效益的回收。而機(jī)組運(yùn)營(yíng)供熱虧損是由于地區(qū)綜合熱價(jià)相對(duì)較低造成的，若使供熱部分處于盈虧平衡，則綜合熱價(jià)較現(xiàn)狀應(yīng)上調(diào)4 元/m2。

通過(guò)對(duì)該電廠的總結(jié)，就北方采暖地區(qū)而言，背壓機(jī)供熱建設(shè)項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)收益的影響因素主要為電價(jià)、熱價(jià)及采暖期長(zhǎng)，成本的影響因素主要為燃料價(jià)格。在目前我國(guó)供熱價(jià)格制訂機(jī)制下，各地建設(shè)項(xiàng)目供熱經(jīng)濟(jì)性難以得到保證。同時(shí)，采暖期相對(duì)較短地區(qū)，機(jī)組供熱量和發(fā)電量也相對(duì)較小，機(jī)組僅在采暖期運(yùn)行，則經(jīng)濟(jì)效益也難以得到保證。

4 下一步工作開(kāi)展思路

(1)開(kāi)展更廣范圍內(nèi)的調(diào)研、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)

目前國(guó)家針對(duì)建設(shè)背壓機(jī)供熱替代分散鍋爐已開(kāi)展了相關(guān)調(diào)研和總結(jié)工作，并實(shí)施了企業(yè)投資建設(shè)背壓機(jī)項(xiàng)目審批權(quán)下放政策。

建議下一步工作，圍繞如何解決背壓機(jī)建設(shè)遇到的實(shí)際困難，保障項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益，保證項(xiàng)目實(shí)施能夠落到實(shí)處，以及如何處理建設(shè)背壓機(jī)與關(guān)停分散鍋爐的關(guān)系等方面，制訂調(diào)研目標(biāo)，擴(kuò)大調(diào)研范圍，選擇更多典型項(xiàng)目，充分了解不同地區(qū)建設(shè)背壓機(jī)的有利和不利條件、企業(yè)投資建設(shè)背壓機(jī)的意愿及面臨的問(wèn)題、鍋爐業(yè)主對(duì)關(guān)停分散鍋爐的態(tài)度及在關(guān)停過(guò)程中所遇到的困難、被關(guān)停分散鍋爐的資產(chǎn)處理、人員安置和經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼辦法等，通過(guò)調(diào)研反饋結(jié)果，對(duì)建設(shè)背壓機(jī)替代分散鍋爐進(jìn)行可行性研究，提出更加科學(xué)、合理、切實(shí)可行的建設(shè)方案和關(guān)停措施，，確保為下一步示范項(xiàng)目建設(shè)提供支持。

(2)試點(diǎn)先行、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)適時(shí)推廣

建設(shè)背壓機(jī)供熱替代分散鍋爐將遵循循序漸進(jìn)、試點(diǎn)先行的原則，在對(duì)示范項(xiàng)目進(jìn)行可行性研究的基礎(chǔ)上，選擇建設(shè)積極性高、條件較好且已開(kāi)展前期工作的區(qū)域，建設(shè)一批示范項(xiàng)目，通過(guò)對(duì)試點(diǎn)項(xiàng)目的剖析總結(jié)，積累機(jī)組建設(shè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步尋求背壓機(jī)建設(shè)和分散鍋爐替代的最佳解決方案，為背壓機(jī)替代分散鍋爐產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)政策的科學(xué)制定提供強(qiáng)有力的支撐，并為下階段項(xiàng)目的大規(guī)模推廣積累經(jīng)驗(yàn)。

(3)研究制訂財(cái)稅支持政策

建議政府在目前實(shí)施的審批權(quán)下放政策基礎(chǔ)上，綜合考慮建設(shè)背壓機(jī)供熱替代分散鍋爐遇到的實(shí)際困難及能夠取得的節(jié)能環(huán)保效益，在熱價(jià)、氣價(jià)、電價(jià)、燃料價(jià)格以及其他稅費(fèi)等環(huán)節(jié)給予政策支持，提供優(yōu)惠條件，如項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)初期可對(duì)企業(yè)的所得稅、增值稅予以減免等，創(chuàng)造有利于項(xiàng)目建設(shè)和發(fā)展的外部環(huán)境。

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